Zyklische Lebensdaueranalyse von Blei-Säure-Batterien

Die Faktoren, die die Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien beeinflussen, sind verschieden, einschließlich der internen Faktoren der Batterie, wie Batteriestruktur, positive und negative Gittermaterialien, positive und negative aktive Materialien, Separatoren, Elektrolytkonzentration usw., und hängen auch davon ab eine Reihe externer Faktoren wie Entladestromdichte, Temperatur, Entladungstiefe, Wartungsbedingungen und Lagerzeit. Je tiefer die Entladung, desto kürzer die Lebensdauer. Überladung verkürzt auch das Leben. Mit zunehmender Säurekonzentration nimmt die Batterielebensdauer ab. Im Forschungsprozess von Blei-Säure-Batterien mit großer Kapazität haben wir festgestellt, dass der Blei-Schlupf-Kurzschluss eine wichtige Ursache für die Verschlechterung und den Ausfall der Batterieleistung ist. Darüber hinaus sind die Korrosionsverformung des positiven Gitters, das Ablösen des positiven aktiven Materials, das Erweichen, die irreversible Sulfatierung und die starke Anreicherung von Cer auf dem aktiven Material Schlüsselfaktoren, die die Lebensdauer der Batterie beeinflussen.

Zyklische Lebensdaueranalyse von Blei-Säure-Batterien

Um eine Korrosion des positiven Gitters zu verhindern, wurde eine mehrkomponentige Legierung mit niedrigem Tantalgehalt entwickelt. Die Korrosionsbeständigkeit dieser Mehrfachlegierung ist stark verbessert. Das negative Gitter besteht aus bleibeschichtetem Kupfer. Das Verhältnis des Gewichts des Kupfergitters zum aktiven Material beträgt 1: 3, und die spezifische Energie des Reservoirs wird erheblich verbessert. Darüber hinaus ist aufgrund der guten elektrischen Leistung der negativen Elektrode des Kupfergitters die Fähigkeit zur Ladungsakzeptanz stark und die Lebensdauer des Batterielade- und Entladezyklus wird erhöht. Das Hinzufügen von Additiven zu den positiven und negativen aktiven Materialien erhöht die Verwendungsrate der aktiven Materialien und verlängert die Lebensdauer. Um den bleifreien Kurzschluss zu vermeiden, werden umfassende Maßnahmen zur Verhinderung von Kurzschlüssen getroffen. Es werden Hochleistungsplatinen und eine Reihe neuer Montageverfahren eingesetzt.

Einführung in die Entwicklung von Blei-Säure-Batterien

Die Blei-Säure-Batterie wurde erstmals 1860 von Gastron Prandt hergestellt und hat eine mehr als 140-jährige Geschichte. In den letzten 100 Jahren wurden mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie der Prozess, die Struktur, die Produktionsmechanisierung und die Automatisierung von Blei-Säure-Batterien kontinuierlich verbessert und die Leistung kontinuierlich verbessert. Aufgrund seiner hervorragenden Leistung und seines hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnisses stehen die Herstellung und Anwendung von Blei-Säure-Batterien bis heute an der Spitze verschiedener chemischer Energiequellen. Zu den Anwendungen gehören Strom-, Start-, Not- und Arbeitsstrom, einschließlich Fahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge und Telekommunikation. Systeme, Computer, Instrumente und andere Geräte und Einrichtungen, insbesondere für Autobatterien und Industriebatterien, machen Blei-Säure-Batterien mit einem absoluten Vorteil mehr als 90% des Marktanteils aus. 121. Der ursprüngliche Valta-Stapel erschien 1800 zum ersten Mal. Gotti 1801 Roth hat den sogenannten "Sekundärstrom" beobachtet, dh den Strom, der der Richtung des Ladestroms entgegengesetzt ist, kann nach dem Laden erhalten werden. Della · Weiwei untersuchte von 1836 bis 1843 die Primärbatterie von Pb02 als positive Elektrode in Schwefelsäurelösung. Mehrere Elektrodenformen der Säurebatterie und der Herstellungsprozess des Hauptprozesses wurden im halben Jahrhundert von 1860 bis 1910 schrittweise bestimmt Am frühesten erschien die geformte Platte. Im Jahr 1881 schlug Fore erstmals die geklebte Platte vor. Xielang verwendete zuerst Gussgitter aus Pb.sb-Legierungen, um die Fließfähigkeit flüssiger Legierungen und die Härte im festen Zustand zu verbessern. 1924 R Rendaojin erfand die Kugelmühle und ersetzte das rote und gelbe Pulver durch das Kugelpulver als aktives Material der Batterie. Die Verwendung von Lignin als Additiv für das aktive Material der negativen Elektrode verhinderte wirksam, dass der Bleisulfatkristall dicker wurde und verlängerte die Lebensdauer der Batterie. Es erschien in den 1920er Jahren. Mikroporöse Gummiabscheider, Harz-Papier-Abscheider in den 1940er Jahren, die in den 20 Jahren von den 1950er bis 1960er Jahren nach und nach Holztrennwände ersetzten. Blei-Säure-Batterien haben bedeutende Fortschritte in den Herstellungsprozessen gemacht: Kunststoffe Ersatz von Hartgummi zur Herstellung von Batterieschlitzen und -abdeckungen; Verwendung dünner Platten und verbessertes Gitterdesign; Durchgangsschweißtechnologie für Anlaufbatterien; Im Allgemeinen werden Gussgitter mit geringer Verdrehung oder ungedrehter Legierung verwendet. Aktive Materialausnutzungsrate; Herstellungsverfahren für Trockenbatterien. Nach den 1970er Jahren haben die Länder energisch wartungsfreie und versiegelte Blei-Säure-Batterien entwickelt. In der Grundtheorie sind Physik, insbesondere elektronische Errungenschaften und Mittel weit verbreitet: stabiles potentielles Instrument, Abtaststrommesser, Rasterelektronenmikroskop, x. Strahlen- und Neutronenbeugung, Kernspinresonanz und elektronische Spektroskopie usw. sowie rotierende Scheibenelektrode und Messgerät Technischer Forschungsschwerpunkt von der Thermodynamik bis zur Elektrodenkinetik.

Die Hauptproduzenten von Blei-Säure-Batterien werden in mehreren Industrieländern vertrieben, darunter in den USA, Europa (Großbritannien, Deutschland, Frankreich usw.) und Japan. Ihre Gesamtleistung macht etwa 70% der weltweiten Gesamtleistung aus. In den USA gibt es EXIDE Technologies, den weltweit größten Hersteller von Blei-Säure-Batterien (mit einem weltweiten Jahresumsatz von 2,8 Milliarden US-Dollar), und andere sehr große Hersteller von Blei-Säure-Batterien wie JOHNSON, CONTROL, DEKA und DELPHI. Der Ausgangswert von Blei-Säure-Batterien in den USA macht etwa 20% der weltweiten Gesamtmenge aus. In den letzten Jahren haben jedoch einige Unternehmen mit Blei-Säure-Batterien aufgrund der Änderungen von Faktoren wie Technologie und Arbeitskosten einen Rückgang verzeichnet. Die Produktion von Blei-Säure-Batterien wird in Länder wie Indien, Südostasien und andere Länder verlagert, in denen die Arbeitskosten niedrig sind. Es gibt viele große Hersteller von Blei-Säure-Batterien in Europa, wie CHLORIDE, HOPPECKE, F1AMM, DETA, HAWKER usw. Blei-Säure-Batterien in Europa spielen eine wichtige Rolle in der Welt, mit einem gut etablierten, technologisch führenden Blei Säurebatteriehersteller wie Sunshine (jetzt eine Tochtergesellschaft von EXIDE). Im Jahr 2001 betrug die Produktion von Blei-Säure-Batterien in Europa 48,1 Millionen, und im Jahr 2002 wurde sie auf 49,1 Millionen geschätzt. Im Jahr 2005 wird es 51,8 Millionen erreichen. In Bezug auf Industriebatterien betrug die Anzahl der Ersatzbatterien im Jahr 2000 130.000, die Anzahl der versiegelten Batterien unter 24 Ah 110.000 und die Anzahl der versiegelten Batterien über 24 Ah 430.000. Zu den Herstellern von Blei-Säure-Batterien in Japan gehören hauptsächlich Yuasa Battery Co., Ltd., Matsushita Battery Co., Ltd., Furukawa Battery Co., Ltd., Shin-Kobe Electric Co., Ltd. und Japan Battery (GS) ). Laut Statistiken einschlägiger Parteien betrug der Ausgabewert von Blei-Säure-Batterien in Japan im Jahr 2002 etwa 1,16 Milliarden US-Dollar, die Startbatterien von Blei-Säure-Batterien 55,7% und die Industriebatterien (feste Blei-Säure-Batterien) ) entfielen 6,7%. Kleine Bleisäure Die Batterie macht 8,0% aus, die andere 29,7%. Seit den 1990er Jahren ist der Anteil der Blei-Säure-Batterien am Gesamtausgangswert der Sekundärbatterien bei rund 20% geblieben und hat in den letzten Jahren zugenommen.

In den letzten Jahren wurde die Leistung von Blei-Säure-Batterien in China erheblich verbessert, und das Verhältnis von Energie zu Gewicht und Volumen wurde erheblich verbessert. Weniger wartungs- und wartungsfreie, ventilgeregelte versiegelte Blei-Säure-Batterien wachsen schnell.

Struktur, Zusammensetzung und Klassifizierung der Blei-Säure-Batterie

Die elektrochemische Expression einer Blei-Säure-Batterie ist (1) PbIH2SO · IPb02 (+).

Die Hauptstruktur der Blei-Säure-Batterie umfasst eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator, einen Schwefelsäure-Elektrolyten, einen Batterietank und eine Abdeckung. Die positiven und negativen Elektroden werden jeweils zu einer Polgruppe verschweißt, und die Batterie mit großer Kapazität wird aus der Sammelschiene herausgeführt, um einen Pol zu bilden. Der in der Blei-Säure-Batterie verwendete Elektrolyt ist eine bestimmte Konzentration an Schwefelsäure-Elektrolyt. Die Funktion des Regenabscheiders besteht darin, die positiven und negativen Elektroden zu trennen. Es ist ein elektrischer Isolator (wie Gummi, Kunststoff, Glasfaser usw.), beständig gegen Schwefelsäurekorrosion, oxidationsbeständig und hat eine ausreichende Porosität und Porengröße, damit Elektrolyt und Ionen frei passieren können. Der Tankkörper ist auch ein elektrischer Isolator, der säure- und temperaturbeständig ist und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Im Allgemeinen wird Hartgummi oder Kunststoff als Tankkörper verwendet.

Analyse der Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien

1.2.1 Positives aktives Material

Das positive Material der positiven Elektrode ist Bleidioxid. Die Kristallformen von Pb02 sind d - Pb02 und 0 - Pb02. In einer Schwefelsäurelösung

Die Pb02-Elektrodenreaktion ist:

Pb02 + HS04 + 3H ++ 2e = PbS04 + 2H20

Tests haben gezeigt, dass die Entladekapazität von B-Pb02 immer größer ist als die Entladekapazität von a-Pb02. Dies liegt daran, dass die wahre spezifische Oberfläche von B-Pb02 größer ist als die von Q-Pb02, was das Wachstum und die Diffusion von Bleisulfat auf seiner Oberfläche direkt beeinflusst und somit die Verwertungsrate von Wirkstoffen beeinflusst. Während des Ladens und Entladens werden n-Pb02 und B-Pb02 ineinander umgewandelt, hauptsächlich wird a-Pb02 in 13-Pb02 umgewandelt. Der Lade- und Entladungsreaktionsmechanismus der positiven Elektrode kann in einen Auflösungsabscheidungsmechanismus und einen Festkörpermechanismus unterteilt werden.

Um die Nutzungsrate des aktiven Materials der positiven Elektrode zu verbessern, werden verschiedene Additive verwendet, einschließlich leitfähiger Additive, anorganischer Additive wie Barium, Calciumsulfat, Aluminiumsulfat, Zeolith und dergleichen sowie organischer und polymerer Additive. Wei Guolin glaubt, dass das BD-Additiv die Batteriekapazität erheblich verbessern kann. Eine signifikante Verbesserung der Nutzungsrate von aktiven Materialien kann eine Mikrostruktur mit mehr Poren bilden, wodurch der Stoffübergangsprozess verbessert und die Lade- und Entladeleistung der positiven Elektrode signifikant verbessert wird. Die Kombination von BD und PII kann die Batteriekapazität und die Nutzungsrate des positiven aktiven Materials erheblich erhöhen.

Ramanthanll41-Studien haben gezeigt, dass dem positiven aktiven Material Calciumsulfat zugesetzt wird, um die Batterieleistung bei hohen Entladungsraten und niedrigen Temperaturen zu verbessern. Die Zugabe von RS03H zu dem aktiven Material der positiven Elektrode verbessert den Diffusionszustand von H + in den Mikroporen der positiven Elektrode und erhöht die Entladungskapazität der positiven Elektrode und die Nutzungsrate des aktiven Materials der positiven Elektrode 115 stark]. D. Pavlov und N. CopkOV mischen Pb, 04 und Bleipulver und erhalten nach dem Härten bei hoher Temperatur 4PbO · PbS04-Paste als positive Elektrode. Die Lebensdauer der Batterie wird durch den Wirkstoff a um 30% erhöht. Der Gehalt an PbO2 wird durch I "signifikant erhöht. Dokument 1171 führt eine Hochleistungs-Positivelektrodenplatte mit Persulfat ein, das der üblichen Bleipastenzusammensetzung zugesetzt wird, das aktive Material hat eine hohe Porosität und spezifische Oberfläche und die Entladungsleistung beträgt mindestens 1 W / cm² Das Material hat eine Porosität von 55% und eine spezifische Oberfläche von mindestens 4 m² / g. Die Literatur [181 schlägt vor, der Bleipaste PbF2 zuzusetzen und Fluororesinlatex als Bindemittel zuzusetzen, was nicht der Fall ist erfordern eine Aushärtung, was für die hohe Leistungsabgabe der Batterie vorteilhaft ist. Es wird vorgeschlagen, Propylen und Propylenstyrol zu verwenden, während dem aktiven Material Kohlenstoff zugesetzt wird, was hauptsächlich für die Bildung eines Netzwerks vorteilhaft ist und die Porosität erhöht.

1.2.6 Klassifizierung

Blei-Säure-Batterien werden üblicherweise in drei Klassifikationen verwendet.

1) Nach Zweck klassifiziert

Chinas Blei-Säure-Batterieprodukte werden nach ihrer Verwendung klassifiziert. Hauptsächlich unterteilt in Start-, Fest-, Leistungs- und andere Aspekte. Unter diesen wird die Startbatterie hauptsächlich für verschiedene Automobile, Lokomotiven, Schiffsstart und Beleuchtung verwendet. Es ist erforderlich, bei hohem Strom zu entladen, kann bei niedriger Temperatur beginnen, der Innenwiderstand der Batterie sollte klein sein und die positiven und negativen Platten sollten dünn sein. Die feste Blei-Säure-Batterie wird hauptsächlich als Notstromquelle für verschiedene Großanlagen verwendet, die Platte ist dick, der Elektrolyt ist dünn und die Lebensdauer ist lang. Die Leistungsbatterie versorgt hauptsächlich verschiedene Stromversorgungssysteme mit Strom, und die langfristigen und kurzfristigen Leistungsanforderungen sind besser.

2) Klassifizierung nach Plattenstruktur

Hauptsächlich unterteilt in Paste, Tube und Formation. Das Bleioxid wird mit einer Schwefelsäurelösung zu einer Bleipaste verarbeitet, auf ein mit einer Bleilegierung gegossenes Gitter aufgetragen und getrocknet und zu einer pastösen Platte geformt. Das Skelett besteht aus einer Bleilegierung, und das faserige Rohr wird in der äußeren Hülle des Skeletts hergestellt, und das Rohr wird mit einem aktiven Material gefüllt. Diese Elektrodenplatte wird als Rohrplatte bezeichnet. Die Polarplatte ist aus reinem Blei gegossen und wird als Formation bezeichnet.

3) Klassifiziert nach Elektrolyt und Ladungswartung

Hauptsächlich unterteilt in Trockenentladungsbatterie, Trockenladebatterie, Nassladebatterie, wartungsfreie, wartungsarme Batterie, ventilgesteuerte versiegelte Batterie.

Elektromotorische Kraft, Leerlaufspannung, Arbeitsspannung

Die elektromotorische Kraft der Batterie ist die Differenz zwischen den Gleichgewichtselektrodenpotentialen der beiden Elektroden. Die elektromotorische Kraft der Batterie ist eine Funktion der Schwefelsäurekonzentration. Die Leerlaufspannung der Batterie ist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden, wenn kein Strom durch den externen Stromkreis fließt, und ist im Allgemeinen kleiner als die elektromotorische Kraft der Batterie, die in direktem Zusammenhang mit dem Ladezustand der Batterie steht. Die Betriebsspannung der Batterie, auch Entladespannung oder Lastspannung genannt, bezieht sich auf die Potentialdifferenz zwischen den beiden Polen der Batterie, wenn ein externer Strom vorliegt. Die Betriebsspannung ist immer niedriger als die Leerlaufspannung, da der durch den Polarisationswiderstand und den ohmschen Widerstand verursachte Widerstand überwunden werden muss, wenn der Strom durch das Innere der Batterie fließt. Mit fortschreitender Entladung der Batterie werden die positiven und negativen aktiven Materialien und die Schwefelsäure allmählich verbraucht, die Wassermenge nimmt zu, die Säurekonzentration nimmt ab und die Spannung der Batterie nimmt ab.

Blei-Säure-akkulaufzeit

Die Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien ist einer der wichtigsten Leistungsindikatoren. Die Lebensdauer einer Batterie wird im Allgemeinen in Zyklen ausgedrückt. Die Batterie wird geladen und entladen, was als Zyklus bezeichnet wird. In einem bestimmten Lade- und Entladesystem oder Arbeitsmodus wird die Anzahl der Zyklen, denen die Batterie ausgesetzt ist, bevor die Batteriekapazität auf den angegebenen Wert abfällt, als Lebensdauer bezeichnet, dh als Batterielebensdauer. Das Leben kann auch in Form der Nutzungsdauer ausgedrückt werden. In praktischen Anwendungen hat die Batterielebensdauer eine Vielzahl von Ausdrücken, wie z. B. Prüfstand, angenommene Dauer und tatsächliche Nutzungsdauer, die hauptsächlich durch die Art und Weise bestimmt werden, wie die Batterie verwendet wird. Faktoren, die die Batterielebensdauer beeinflussen, umfassen die internen Faktoren der Batterie, einschließlich der Struktur der Batterie, des Materials des Gitters, der Leistung des aktiven Materials usw., und hängen auch von einer Reihe externer Faktoren ab, wie z. B. der Entladestromdichte, Temperatur, Entladungstiefe, Wartungsstatus und Lagerzeit. Warten. Je tiefer die Entladungstiefe ist, desto kürzer ist die Lebensdauer. Überladung verkürzt auch das Leben. Die Batterielebensdauer steigt mit zunehmender Temperatur. Mit zunehmender Säurekonzentration nimmt die Batterielebensdauer ab. Die internen Faktoren der Batterie beeinflussen ihre Lebensdauer hauptsächlich in den folgenden Aspekten.

Kurzschluss führen

Bei der Untersuchung von Blei-Säure-Batterien mit großer Kapazität haben wir festgestellt, dass der Blei-Schlupf-Kurzschluss eine wichtige Ursache für die Verschlechterung der Batterieleistung und letztendlich für den Ausfall ist. Während des Recyclings der Batterie werden das aktive Material und das Faseradditiv auf den positiven und negativen Platten abgezogen, von denen ein Teil in fester Form vorliegt und ein Teil im Elektrolyten gelöst ist. Mit fortschreitendem Lade- und Entladevorgang wird das gelöste Material reduziert und in der negativen Elektrode ausgefällt, und die ungelösten Substanzen und Additive können auch in den positiven und negativen Platten und anderen Stellen der polaren Gruppe ausgefällt werden. Mit der Zeit nimmt der Lade- und Entladezyklus der Batterie zu, es werden immer mehr Substanzen abgeschieden, und schließlich werden die positiven und negativen Elektroden lokal verbunden, was zu einem Mikrokurzschluss führt, der als Leitungskurzschluss bezeichnet wird. Der Kurzschlusspunkt erhöht die Selbstentladung und die Temperatur steigt an. Mit der Ansammlung von Zeit wird die Kurzschlussfläche des Bleis vergrößert, die Ladeeffizienz wird stark verringert, die Batteriekapazität wird verringert und die Wasserstoffentwicklungsmenge wird erhöht. Darüber hinaus kann die lokale hohe Temperatur dazu führen, dass der Separator durchbrennt, den Isolationseffekt verliert, die positiven und negativen Elektroden in einem Körper verbunden sind, die Struktur beschädigt wird, die Funktion verloren geht und schließlich die Batterielebensdauer beendet wird.

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